固氮菌和褐煤施用对生菜幼苗生长的影响

曹建明 ，张贵平 ，张 倩 ，赵 宇

（1.晋中市农业委员会，山西晋中 030600；2.晋中学院生物科学与技术学院，山西晋中 030600）

生菜是近年来发展起来的一种大面积栽培的绿叶蔬菜，为1年生或2年生草本植物，富含膳食纤维和维生素，适合各个年龄的人群食用。我国每年生菜种植量高达2 300万hm2，每生产850 kg生物量需吸收氮素2.75 kg，尤其在生长快速期，对养分的需求量更高，满足生菜生产的土壤须有较高的有机质含量和肥力。我国人多地少，生产农作物的土地多需要连茬种植，从而导致养分缺乏、土壤板结等，对生菜栽培土壤进行适当改良，是实现高产的关键。

微生物肥料又称为菌肥，施用后，在土壤肥力和生态中均具有明显的促进作用[1]。固氮菌是一种有益微生物，能将空气中的氮元素通过固氮作用转化为供生菜利用的氮肥，相比化肥的使用，具有获取方便、增产效益稳定的优点[2]。固氮菌属于细菌的一种，固氮速度和产量均较优。研究表明，固氮菌在自然界氮循环中具有重要的作用，把固氮菌作为农田的一种接种剂在世界各地广泛开展[3]，我国有关固氮菌的研究与应用最早是从1953年开始，并把一些固氮菌剂应用于农田生产上[4]，获得了一定的成绩。李善梅等[5]研究表明，褐球固氮菌YKT41对茄子根结线虫病有一定的防治效果。王晓辉等[6]研究认为，褐球固氮菌等2种混合微生物对菜场垃圾堆肥时间较短、效果较好。目前关于固氮菌在蔬菜生产方面的影响报道和研究较少，因此，探究固氮菌对解决土壤蔬菜生产力低下的问题具有重要意义。

褐煤是煤化程度最低的一种煤，是世界上重要的化石能源之一，在煤炭储存量中占有很大比例。我国又是煤炭大国，煤炭储存量相当丰富，根据文献调查，当今我国现存褐煤达1 265亿t[7]。热量值较低的煤炭最有可能发掘出腐殖资源。褐煤就是其中的一员，其富含丰富的腐植酸，尤其是小分子的黄腐酸，在农业、工业、医学等方面有重要的利用价值。褐煤是一种有机质，在土壤中扮演着重要的角色[8]。研究发现，在土壤中使用腐植酸可以有效调节土壤的结构，尤其是对土壤0.26～1.1 mm团粒结构有明显的改善作用[9-10]。宋轩等[11]研究发现，腐植酸能够调节土壤的盐碱化，提高水稻的根系活力。CHEN等[12]研究发现，腐植酸对沙化土的理化性质有显著提高的作用。李华等[13]在对土壤的研究中也发现了同样的效果。虽然单独添加固氮菌和褐煤的研究较多，但进行组合添加的试验较少，而且褐煤中带有适合微生物生长繁殖要求的碳氮比。

本研究以生菜种子为材料，采用不同配比的固氮菌和褐煤处理生菜幼苗，对生菜的各项生理指标进行了测定，旨在为生产上用固氮菌和褐煤进行生菜栽培提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

供试生菜品种为绿球，种子在榆次乌金山农资店购买。供试褐煤来自山西灵石，主要成分为腐植酸；晋中学院校园土，固氮菌为北京沃土公司的解磷菌、解钾菌、固氮菌等混合菌中分离所得。

1.2 仪器和试剂

分光光度计、灵敏天平（精确到0.000 1 g）、研钵、离心机、培养皿、生化培养箱、超净工作台；石英砂、95%乙醇、磷酸二氢钾、硫酸镁、氯化钠、碳酸钙、甘露醇、硫酸钙、琼脂、蒸馏水。

1.3 试验方法

利用阿斯贝选择培养基筛选目标菌株。称取混合菌株10 g，将其溶于90 mL无菌水中，在实验室用手摇匀30 min，静置备用。取出上清液将其倒入无菌试管中待用，将分别盛有9 mL无菌水的6支试管用高压蒸汽灭菌锅进行灭菌，并按照101～105的顺序进行依次编号。用移液管吸取1 mL培养的菌液，注入101的试管中，再从此试管中吸取1 mL稀释液，注入102倍稀释的试管中，重复相同的步骤，直到最后一只试管为止。选取4个稀释度的悬浊液各0.1 mL用涂布器将菌液均匀地涂布在选择培养基表面。将配制好的培养基在118℃条件下高压灭菌37 min。将灭菌后的培养基在超净工作台倒平板，贴上标签备用；在28℃的恒温箱中培养5 d，最后统计其菌落。通过液体扩大培养基放在三角瓶中进行扩大振荡培养。

种子处理：首先把生菜种子放在实验室用水浸泡24 h（透水的目的是使生菜种子更好地发芽），然后放入装有土壤的穴盘（长度3 cm、宽度3 cm、高度6.5cm）。待生菜长出2～3个叶片，进行试验处理。试验共设9个处理，如表1所示。每盆装有100 g土壤，定量浇水保持土壤水分充足，在发芽之前将它放在避阴处，2 d观察一次待其发芽，15 d后选择穴盘中植株长势一致、质量好的幼苗4株，将其移栽至充足光照处，定期观察。

试验采用2因素3水平设计，按表1比例混合后，移栽两叶一心期生菜幼苗。

表1 固氮菌和褐煤不同的配比 mg

1.4 测定项目及方法

取植株上部刚刚展开的叶片按李得孝等[9]的方法测定叶绿素含量；用电子天平（选用型号为FA005）测量生菜的地上（茎、叶）、地下（根）部鲜质量；用游标卡尺和直尺测量生菜叶片长度、叶片面积。

1.5 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel 2013软件进行处理和分析，各处理间用ANOVA进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 固氮菌和褐煤不同配比对生菜株高的影响

从图1可以看出，固氮菌对生菜的株高有显著影响，褐煤同样对生菜的株高也有显著的增加趋势。处理C2N2，C3N2的生菜株高较其他处理高，说明这2种配比更适合生菜的生长，尤其是固氮菌2 mg、褐煤10 mg的混合使用。

2.2 固氮菌和褐煤不同配比对生菜叶片长度的影响

从图2可以看出，生菜的叶片大小有不明显的变化，基本都小于1.7 cm，处理C3N2，C2N1的叶片长度较其他处理叶片长，说明不同的配比对叶片长度的影响差异显著。

2.3 固氮菌和褐煤不同配比对生菜根、茎的影响

生菜的总产量是其地上部（茎、叶）的鲜质量加上地下部（根）的鲜质量，由图3，4可知，试验处理组C2N2的生菜的茎、叶、根的鲜质量均高于其他处理，其次是处理C3N2。在不加固氮菌的试验组中发现，低用量的褐煤对生菜的地上部与地下部都有促进作用，反而在用量高的情况下，例如褐煤的用量达到50 mg时，生菜的茎、叶和地下部（根）的鲜质量较对照组有降低的趋势，较对照组地上部分别降低了8.67%，9.52%，11.57%，地下部分别降低了9.62%，10.75%，13.83%。加入固氮菌的情况下，低用量的固氮菌相比对照组C1N1在地上部与地下部都有较有显著的提高，较高用量的固氮菌与对照组相比，在茎叶和根的质量上有很少的提高，基本上没有变化。可以得出，加入固氮菌1 mg、褐煤10 mg的处理对生菜的地上部与地下部提高最大，是最适合生菜生长的试验配比。

2.4 固氮菌和褐煤不同配比对生菜叶绿素含量的影响

从图5可以看出，处理C2N2的生菜叶绿素含量最高，处理C3N3的叶绿素含量最低，单从固氮菌方面来看，随着固氮菌用量的增大叶绿素含量先提高后降低，当固氮菌含量为1 mg时，叶绿素含量较对照组高，当固氮菌为2 mg时，叶绿素含量较对照降低12.45%，说明低用量的固氮菌对生菜生长有显著提高的作用，高用量的固氮菌对生菜叶绿素含量有抑制作用，说明适量的固氮菌对生菜生长最有利，不是固氮菌用量越高对生菜生长越有利。当固氮菌用量为零时，随着腐植酸量的增加，叶绿素的总含量同样是先增加后减少，当每盆加入褐煤10 mg用量与对照组相比，生菜中叶绿素含量提高幅度为12.72%，当每盆生菜放入褐煤50 mg时，叶绿素含量与对照组相比，生菜中叶绿素含量下降幅度最大。说明随着腐植酸用量的加大，生菜生长出现缓慢的现象。试验显示，10 mg褐煤、1 mg固氮菌配比是最适生菜生长的方案。

3 结论与讨论

本研究表明，褐煤单独使用时效果不明显，当加入一定量的固氮菌时，株高、叶片长度、地上部地下部鲜质量分别较CK增加11.2%，24.7%，13.5%，17.6%。随着褐煤用量的增加，生菜的株高、地上部和地下部鲜质量均表现为先上升后下降，说明不同用量的褐煤对生菜生长的影响有差异，这与赵日明等[14]在研究低用量腐植酸促进水稻的生长，高用量抑制水稻的生长研究一致，同时高家合[15]研究的烤烟、何国军等[16]研究的水培丹参、周崇峻等[17]研究的生菜，结果都显现出褐煤低促进高抑制的特点。试验组C2N2中生菜叶绿素含量较对照组提高了15.9%，但试验组C1N3，C2N3较对照组分别下降9.7%，13.6%。表明不同用量固氮菌也具有低用量促进高用量抑制的特征，这与卢秉林等[18]关于固氮菌促进农作物生长的研究结果一致。本试验以加入10 mg褐煤、1 mg固氮菌的处理对生菜株高、地上部和地下部鲜质量等各项生理指标促进效果最好，可作为大量生产生菜的栽培基质。